知名汽车公司转向系统设计

整车技术部设计指南16 知名汽车公司换挡系统设计

2.1 简述

汽车转向系是用来保持或者改变汽车行使方向的机构，在汽车转向行使时，还要保证各转向轮之间有协调的转角关系。驾驶员通过操纵转向系统，使汽车保持在直线或转

弯运动状态，或者使上述两种运动状态相互转换。

2.2 汽车转向系统的基本形式和特征

2.2.1 转向系的基本形式

可根据转向轮、转向器、转向杆系布置以及动力转向能源进行分类。

表 2.1

2.2.2 电动转向系统

电动转向系统直接利用电动机完成转向助力功能，它由转矩传感器、车速传感器、控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成。

整车技术部设计指南17

根据电动机布置的位置分为转向轴助力式、齿轮助力式、单独助力式及齿条助力式

四种形式。

a)转向轴助力式

该电动转向系统的电动机固定在转向轴一侧，由离合器与转向轴相连接，直接驱动

转向轴助力转向。如下图中所示。

b)齿轮助力式

该电动转向系统的电动机和离合器与小齿轮相连，直接驱动齿轮助力转向。

整车技术部设计指南18

c)单独助力式

该电动转向系统的电动机和离合器固定在齿轮齿条转向器的小齿轮相对另一侧，单

独驱动齿条助力实现转向动作。

d)齿条助力式

该电动转向系统的电动机和与齿条为一体，电动机转动带动循环球螺母转动，使齿

条螺杆产生轴向位移，直接起助力转向作用。

整车技术部设计指南19

2.2.3 液压式助力转向系统的结构组成

液压式助力转向系统由：转向机、转向管柱、动力转向储液罐、转向泵、以及转向

管路等几部分组成。

储液罐转向泵

转向管柱

转向机

转向管路

图 2.1

2.3、布置设计应满足的基本要求

1）应满足整车最小转弯半径要求。

2）传动效率高，力矩波动小。

3）在发生碰撞的过程中能尽量保护乘员安全。

2.4、布置设计过程

2.4.1 转向梯形的确定

一般而言，在平台沿用的基础上，转向机构转向直拉杆点 B、C 的位置，直拉杆

外点 A、D 的位置，优先考虑的是沿用原有平台车型的相关数据。如下图 2.2 中所示。

整车技术部设计指南20

图 2.2

2.4.2 前轴外转向轮的最大转角确定

在确定转向系统传动比之前，需要给定两个输入条件，他们分别是：

a)方向盘整个转角围。

b)转向机齿条的行程。

一般而言，方向盘的转角围的大小直接关系到人机工程方面，通常情况下推荐如

下的转角围：

3.0 圈~3.5 圈之间，比较常见的是 3.2 圈左右。转向机齿条的行程由转向梯形以及转向轮的外侧车轮最大转角来确定，一般齿条的总行程在 150mm 左右，因此必须首先确

定转向轮外侧车轮的最大转角，下图中表示了计算外侧车轮最大转角需要的参数。

图 2.3

整车技术部设计指南21 相关输入数据：

表 2.2

整车前轴外转向轮最大转角的计算：

一般而言，无论选择哪一种转向梯形方案，必须在正确选择转向梯形参数的同时，

做到汽车转弯行使时，保证全部车轮绕一个瞬时转向中心行使，使在不同圆周上运动的

车轮，做无滑动的纯滚动运动。两轴汽车以低速转弯行使，可忽略离心力的影响，假设

轮胎是刚性的，忽略轮胎侧偏影响的时候，此时若各车轮绕同一瞬时转向中心进行转弯

行使，则两转向前轮轴线的延长线，交在后轴延长线上，如图 2.4 所示。

侧车轮的最大转角为：

公式（一）

2.4.3 确定转向机输出轴线的位置,中间轴两端万象节中心位置

方向盘输入轴管柱的长度一般而言，在平台沿用的基础上优先考虑新开发车型的转

向机输入轴轴线的位置沿用原车型,下面是确定相关参数的步骤。

a、平台沿用的基础上优先考虑新开发车型的转向机输入轴轴线的位置沿用原车型。

b、根据相关经验值初步确定中间轴两端万向节中心坐标。

c、根据方向盘中心位置初步确定方向盘输入轴芯轴端点坐标。

d、从力矩波动的角度检查中间轴万向节中心布置位置的合理性。

相关关键参数的初步确定：下面是相关关键尺寸的描述以及经验值。

输入轴与中间轴夹角输出轴与

中间轴夹

角

输入轴与

整车 XY 平

面夹角

输入轴与

整车 XZ 平

面夹角

管柱芯轴端部

与安全气囊激

发器最小间隙

转向机

输入轴

长度

相关

代号

β1 β2 βxy βxz L1 L3

经验值<=30°<=30°<30°<=1.5°20mm-25mm 190 左右

整车技术部设计指南22

注：从减小力矩波动的角度考虑一般要求：|β1-β2|〈3.3°，相关尺寸表示如

下图中示例。

图 2.4